土壤镉污染的来源和危害

1、NOV 2012土壤镉污染的来源与危害摘要：由丁镉在工业上具有广泛的用途，因此人类的生产活动向环境中排放大量镉。含镉的污染物通过各种途径进入土壤，使农作物产量和质量下降，并且通过食物链危害人类的健康。本文概述了土壤镉污染的来源和对植物、人体的危害。关键词：土壤镉污染；来源；危害Sources and damage of Cadmium pollution in soilAbstract: As Cadmium has a wide range of uses in industry, the production activities of human beingsemit large qua

2、ntities of Cadmium to the environment. Cadmium pollutants enter the soil through a varietyof ways, so the production and quality of crops decline, and Cadmium harm human health through thefood chain. This article provides an overview of the sources and damage to plants and human bodies ofcadmium pol

3、lution in soil.Key words Cadmium pollution in soil; source; damage20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用丁电镀工业、 化工业、 电子业和核工 业等领域。相当数量的镉通过废气、 废水、 废渣 排入环境， 造成污染。在所有重金届污染中，以镉 污染最为严重。我国有关农田土壤镉污染的调查 工作是20世纪70年代中期开始的，但至今没有 人能够给出一个全面明确的结论。1980年中国 农业环境报告，我国农田土壤镉污染面积为9333 hm2,随后有人提出镉污染面积为13333 hm2，最 近乂有新的资料显示，我国农田土壤镉污染面积

4、已超过20 x 104hm2,每年生产镉含量超标的农 产品达146X 108kg。镉是蠹性最强的重金届元 素之一，危害极其严重，土壤中过量的镉会抑制 植物的正常生长， 在可食部分的残留还会通过食 物链影响到人体的健康。1土壤中镉的来源镉是一种稀有分散元素，未经污染的土壤 中镉主要来源丁成土的母质，一般在世界范围 内土壤中镉的含量为0.012.00 mg/ kg ,中 值含量为0.135 mg/ kg。土壤中镉的来源包括 自然来源和人为来源。前者来源丁岩石和土壤 的本底值。后者主要是由丁镉在电镀、颜料、 塑料稳定剂、锐镉电池、电视显象管制造中的 日益广泛应用。随着采矿、冶炼和电镀工业的 不断发展

5、，大量的含镉废水排入河流，它可以 污染大气、水体和土壤。土壤镉的污染主要分 布在重工业发达地区、公路铁路两侧，农业发 达的灌溉地区的污染也比较严重。土壤镉污染 主要产生的途径有：大气中镉的沉降，农药、化肥和塑料薄膜使用，污水灌溉，污泥施肥，含重金届废弃物的堆积，金届矿山酸性废水 污染等。1.1大气中镉的沉降大气中的镉经自然沉降1和雨淋沉降进入土 壤。如瑞典中部Falun市区的镉污染，它主要来自 丁市区铜矿工业厂、硫酸厂、油漆厂、采矿和化 学工业产生的大量废物，由丁风的输送，这些细微 颗粒中的镉，从工业废物堆扩散至周围地区 ；南 京某生产镉的重工业厂镉污染叠加已超过当地背 景值4.4倍,污染以车

6、间烟囱为中心,范围达1.5 km2。在公路、铁路两侧土壤中的镉污染,主要来 自含镉汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含镉粉 尘等，成条带状分布，以公路、铁路为轴向两侧镉 污染强度逐渐减弱。例如在宁 一一连一级公路淮 阴段两侧的土壤镉含量较高，向两侧含量逐渐降 低。由城市 郊区 农区，随着离城市的距离 加大，大气中的镉沉降降低。大气中镉的沉降还 与城市的人口密度、 城市土地利用率、 机动车密 度成正相关；重工业越发达，污染相对越严重。此 外，大气镉的干湿沉降也可以引起土壤中镉的含 量增高。大气镉通过干湿沉降进入土壤后，被土壤 中的粘土矿物和有机物吸附或固定，富集丁土壤 表层，或为植物吸收而转入土壤，

7、造成土壤镉浓 度的升高。1.2农药、化肥和塑料薄膜的使用施用含有镉的农药和不合理施用化肥，都可 以导致土壤镉的污染。一般过磷酸盐中含较多的 镉，磷肥次之，氮肥和钾肥含镉量较低。据统计， 磷肥的平均含镉量是7mg/ kg,给全球带入约66万公斤镉。美国西部海相沉积磷矿石生产的磷肥 平均含镉174 mg/ kg，施用36年磷肥后，小区土 壤含镉量从原来的0.07 mg/ kg增高到1.0 mg/kg。 澳大利业磷肥含镉为2550 mg/ kg,我国广西的 磷矿含镉量很高，平均达174 mg/ kg。据估计，西 方国家的人类活动对土壤镉的贡献，磷肥就占了54%58%。农用塑料薄膜生产应用的热稳定剂

8、中含有镉，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都 可以造成土壤镉污染。1.3污水灌溉污水灌溉是使用经过一定处理的城市污水灌 溉农田、森林和草地。城市污水包括生活污水、商业污水和工业废水。由丁城市工业化的迅速 发展，大量的工业废水涌入河道，使城市污水 中含有的许多重金届离子，随着污水灌溉而进 入土壤。在分布上，往往是靠近污染源头和城市 工业区的土壤污染最严重，远离污染源头和城 市工业区的土壤几乎不污染。近年污水灌溉已 成为农业灌溉用水的重要组成部分，中国20世 纪60年代至今，污灌面积迅速扩大，以北方旱 作地区污灌最为普遍，约占全国污灌面积的90%以上，南方地区的污灌面积仅占6%，其余 在西北和宵藏。

9、污灌导致土壤镉含量的增加，淮 阳污灌区自污灌以来，镉的含量就逐渐增高， 太原污灌区的镉含量远远超过其当地背景值，且积累量逐年增高。1.4污泥施肥污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等 营养元素，同时也含有大量的镉。随着大量的市 政污泥进入农田，使农田中镉的含量不断增高，且污泥施用越多，污染就越严重。每千克城市污 泥含镉可高达上千毫克。据估计，西方国家土壤镉污染中污泥就占了2%5%。用城市污水、 污泥改良土壤的同时，镉的含量也明显增加。1.5含重金届废弃物的堆积含重金届废弃物种类繁多，不同种类的危 害方式和污染程度都不一样。污染的范围一般 以废弃堆为中心向四周扩散。通过对武汉市垃 圾堆放场、城市生

10、活垃圾场及车辆废弃场附近 土壤中镉污染的研究，这些区域的镉的含量高 丁当地土壤背景值。镉在土壤中的含量和形态 分布特征受其在垃圾中的释放率影响 ，随距离 的加大镉的含量降低。由丁废弃物种类不同，各 重金届污染程度也不尽相同，如镉渣堆存区的 镉2为重度污染，其它重金届次之。1.6金届矿山酸性废水污染正在开采的金届矿山、重金届尾矿、冶炼 废渣和矿渣等，可以被酸溶出含镉离子的矿山 酸性废水，随着矿山排水和降雨带入水环境（如 河流等）或直接进入土壤，都可以间接或直接 地造成土壤镉污染。矿山酸性废水镉污染的范围一 股在矿山的周围或河流的下游，在河流中不同河段 的镉污染往往受污染源（矿山）控制。河流下段自

11、 上游到下游，由丁镉迁移能力减弱和水体自净化能 力的适度恢复，镉污染强度逐渐降低。美国科罗拉 多州罗拉多河流域受采矿的影响，镉的浓度以污染 源为最高，之后随着与污染源距离延长而逐渐降 低。流域镉污染随季节变化而异，枯水期镉的含量 明显高丁丰水期，并且河流流速减缓可以导致该流 段镉含量增加。同一区域土壤中镉污染物的来源途径可以是单 一的，也可以是多途径的。徐州荆马河区域土壤镉 污染是由农灌和垃圾施用引起的。 在山东省， 乡镇 企业技术、 设备落后，原材料利用率低，造成其周边 土壤镉污染相当严重。据贵州1986年的统计，全省 乡镇排放镉14.7万公斤，土壤中有的地方达56.64 mg/ kg，超过

12、未污染土壤的84.5倍。2土壤镉污染的危害土壤镉污染的危害与镉在土壤中的形态和浓度 有关,并不是所有的镉都对人或植物体有危害。 对植 物来说自然界有不少种类的植物可在高浓度的镉环 境中生长，表明在长期的进化中植物亦相应地产生 了多种抵抗重金届镉蠹害的防御机制，尤其是当镉 的浓度较低时可增加植物的产量，说明低浓度的镉 对某些植物的生长发育可能有一定的促进”作用。2.1土壤中镉的形态土壤中的镉分为可溶性和非水溶性两大类。二 者可随环境条件的变化相互转化。在酸性环境中，镉的溶解度增加，与其它重金届元素相比，土壤中的 镉相对容易被植物吸收。镉的活性还与土壤的氧化 还原环境有关。在淹水条件下，由丁水的遮

13、蔽而形成 了还原环境，镉污染土壤中的镉的活性就比较低3。有机物在微生物嫌气条件下产生的H2S ,使镉形成难溶的CdS。相反，在非淹水条件下，硫被 氧化成H2SO4,使酸度增加，镉易变为可溶态。除 此之外，镉在土壤中的状态还与土壤的其它理化性 质有关，如粘土吸附性强，可吸附镉，进而影响 其活性。2.2对植物体的危害2.2.1镉在植物体内的积累、分布和形态不同植物对镉的吸收积累效应是不同的，通常用富集系数来说明某种植物对镉的吸收、累积 能力。木本植物对土壤中的镉的生物积累效应较 高，但不同的树种之间差异明显，有些蕨类叶部 镉的含量可以高达1200mg/ kg ,是富集镉最强 的植物之一。小麦、大豆

14、等一些大田作物也易吸 收土壤中的镉。此外，像胡麻、竺麻、江麻、棉 花、芦苇等非食用作物也具有较强的镉积累作用。从宏观角度说，镉从土壤中被植物吸收后大 部分富集在根部，迁移到上部很少。如景天科的作 物中镉在植株体内分布为叶片 茎 根系。镉在 细胞中的分布，近年 来 也 有 些 学 者 进 行 了 研 究 。 在1987年 就 报 道Athyriumyokoscense的根所吸收 的重金届有70%90%累积在根尖细胞壁上。镉在土壤中的化学形态多以交换态镉、专性 吸附态镉、铁铤氧化物结合态和残余态镉为主。而镉在植物体中的化学形态与镉在植物体内迁移 能力大小有关联，其中以乙醇可提取态和水溶态 镉迁徙活

15、性最强，氯化钠提取态次之，醋酸和盐酸 提取态迁移活性最弱。2.2.2镉对植物的危害镉是植物生长的非必需元素，当镉进入植物 体内并积累达到一定程度时，植物就会表现出蠹 害症状，通常会出现生长迟缓、植株矮小、退绿、产量下降、质量下降等。（1）镉影响植物的生长发育。试验结果表明，镉浓度增大时（25 mg/ kg开始对草莓的根生长 产生抑制作用，根由长变短，由白变褐直至变黑；镉 对草莓叶的影响表现在叶褪绿、黄化、提前衰老 ， 受镉污染后的草莓植株矮小、长势弱。研究表明， 白皮松、火炬松、杨树、桦树、樱桃等树苗在镉 污染胁迫下，根、茎和叶的生长均都受到抑制。大麦受镉污染后，种子的萌芽率、根生长率下降，且

16、随 处理浓度的增加和时间的延长而加剧，当镉的浓 度为0.01 mol/ L时， 种子的萌芽率小丁45 %， 根部 停止生长5。(2)镉影响植物的光合作用。镉对烟草光合特 性影响的研究表明镉是光合作用的有效抑制剂，使 叶绿素和叶绿素a/ b比例下降；另据报道，当镉的 浓度为112 H g/ L时云杉的光合速率、CO2的吸收量 及老叶中的叶绿素含量均显著下降，但当镉的浓度 增加到560 H g/ L时蒸腾速率也会减少。(3)镉影响植物体中的酶。土壤镉污染还可以 引起植物体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物 酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等酶的活性下降，但 对丁耐性植物，在一定镉的浓度范围内，

17、3种酶的 活性得以维持或提高，超过这个范围它们的活性则 仍要下降，下降的幅度要比耐性弱的植物小。镉除 对SOD，POD，CAT等酶的活性有影响以外，还会抑 制固氮酶、根系脱氢酶、淀粉酶、脱氧核酸酶、核 糖核酸酶、硝酸还原酶、蛋白酶、多酚氧化酶、抗 坏血酸过氧化酶、乳酸脱氢酶等的活性。以上结果 表明,镉对氮代谢、呼吸作用、碳水化合物代谢和核 酸代谢等均有阻碍作用。丙二醛(MDA)的含量是反映脂质过氧化作用 强弱的一个重要指标。当植物处丁各种逆境胁迫或 衰老时植物体内活性氧产生和消除的平衡受到破 坏,而有利丁体内活性氧的产生，所累积的活性氧引 发的质膜过氧化，使植物生长异常。镉对小麦幼苗超 氧化物

18、歧化酶和脂质过氧化作用的影响的研究表 明植物受到镉污染后MDA高度积累。 镉影响植物可溶性蛋白和可溶性糖的含 量。可溶性蛋白和可溶性糖是维持细胞代谢的重要 物质，可溶性蛋白质含量的提高，还会增加细胞渗透 浓度和功能蛋白质的数量，有助丁维持正常的细胞 代谢。对丁可溶性蛋白质，当镉的浓度大丁0.1 mg/ L时，小白菜根中可溶性蛋白质含量开始随镉的浓度 的增大而降低，说明高浓度镉对蛋白质的合成起破 坏作用。对丁水稻等大田作物，镉污染明显的抑制 水稻种苗的初期生长，还明显地降低了水稻种苗的叶绿素的含量和干物质的积累，根系活力下降、可 溶性糖与可溶性蛋白质的含量减少，因而影响到水 稻种苗的正常代谢。而

19、通过对耐性较强的小麦、凤眼莲，耐性较弱的大豆、黄瓜、背紫萍以及蚕 豆种子中的可溶性糖随镉的浓度变化而变化的情 况分析表明，镉对植物体内可溶性糖的数量有影 响，但影响没有一致的结论。(5)镉影响植物的产量和品质。镉影响草莓的 结果数和果实品质。试验表明，镉处理后，草莓的结 果数减少，当镉达到一定浓度时( 5 mg/ kg),总 果重随镉处理浓度增大而降低；镉处理后，果实 的维生素C降低，在镉的浓度高时，果实中的K，Ca，Zn，Mn，Fe等矿物质元素的含量均降低，使 得草莓的营养品质降低，同时草莓的果实中也会积 累镉,果实中的镉的含量随着镉浓度的增加而增 大。由试验得，高浓度镉条件下，小麦的干物质积累和分蕖受到显著的影响，其程度因品种与器官而 异。2.3对人体的危害镉不是人体所必需的元素。新生儿含镉约1微克，在从事无镉职业的情况下，50岁左右体重70公斤的男子全身蓄积的镉量约30毫克。镉是通 过食物、水、空气、吸烟等经由消化道和呼吸道 进入人体的，液体中的镉还可通过皮肤进入人体。 人主要通过消化道摄入环境中的镉，吸收率为5%左右。虽然土壤镉污染对人体没有造成直接性的 接触危害， 但污染土壤中的镉可以通过食物链进入 人体以对人体造成严重的危害。镉被人体吸收后主